Universidad Nacional Autónoma de México FACULTAD DE QUÍMICA GUION 6 CAMIAD!"E# DE CAL!" EN #E"IE
Erika Judith Anaya Arcos Arcos
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LABORATORIO DE INGENIERÍA QUÍMICA II Grupo: 18 Día: Vierne !ora "e #$ae: 11:%% a 1&:%% 'r( )%*%+*)%16
PROBLEMA
¿Cuál es el menor flujo de agua de enfriamiento que se requiere para enfriar una corriente de proceso de 100 L/h desde 50 ºC hasta 28ºC !sa las cuatro alternati"as en el orden siguiente# será preponderante el ahorro de agua de enfriamiento 1$ %l arreglo de 2 cam&iadores en serie de acuerdo al arreglo 1 2$ %l arreglo de 2 cam&iadores en serie de acuerdo al arreglo 2 '$ !n cam&iador de cora(a con tu&os )$ !n cam&iador de placas
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Arreglo 1
DATOS EXPERIMENTALES DEL ARREGLO 1
Cambiador de coraza y tubo
T1 %C
50 50 50 50 50 50
A T& %C
t1 %C
t& %C
LMTD %C
Cambiador de !"aca
T1' %C
B T&' %C
t1' %C
t&' %C
#"u$o
(c (- LMTD )L*+, )L*+, %C
100 100 100 100 100 100
100 150 200 250 '00 '50
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II$ *ra(ar en una misma gráfica los perfiles de las temperaturas + , - .s f de las corrientes de proceso ráfica 1
C.ESTIONARIO NO/1 1$ ¿3orqu4 el perfil de temperaturas - de la corriente de proceso salidas del cam&iador de placas# está siempre por a&ajo del perfil + salidas del cam&iador de cora(a , tu&os 3orque la corriente de procesos pasa primero por el arreglo en tu&os , cora(a# lo que genera que las temperaturas del flujo sean ma,ores que cuando el flujo se encuentra en el cam&iador de placas 6iendo el gradiente de temperaturas ma,or en tu&os , cora(a tenemos ma,or transferencia de energ7a
2$ %n relacin con el enfriamiento de la corriente de proceso# ¿9u4 interpretacin f7sica tienen las pendientes de los perfiles de temperaturas + , - La pendiente representa el calor transferido en t4rminos de la temperatura con respecto al aumento de flujo La pendiente de la gráfica de las temperaturas + representa la disminucin de temperatura de salida del intercam&iador de tu&os , cora(a con respecto al flujo de agua de enfriamiento La pendiente de la gráfica de las temperaturas - la disminucin de la temperatura de salida de la corriente de proceso respecto al flujo de agua de enfriamiento La pendiente del perfil de enfriamiento +# es menor que la pendiente del perfil -
'$ 3roponga tres nom&res para dar significado a las pendientes de los perfiles de temperaturas 1 *emperatura en el flujo de agua de enfriamiento 2 3erfil de temperaturas respecto al aumento de flujo ' :lujo de agua de enfriamiento en una corriente de procesos )$ ¿3orqu4 ra(n a cualquier incremento de flujo de agua fr7a# la corriente de proceso se enfr7a más en un cam&iador que en otro 3orque en el intercam&iador de tu&os , cora(a la corriente más fr7a está en contacto con la corriente más caliente# por tanto# la temperatura caliente de entrada en el intercam&iador de placas es menos caliente que en el de tu&os , cora(a La corriente de procesos en un intercam&iador de placas presenta un gradiente de temperaturas menor que en un intercam&iador de tu&os , cora(a
5$ ¿9ue interpretacin f7sica tiene la diferencia de temperatura media logar7tmica en el cam&iador de cora(a , tu&os , en el cam&iador de placas La L;*< es una apro=imacin a la diferencia de temperaturas real 3ara hacer la interpretacin anali(amos la siguiente gráfica>
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La L;*< se comporta de manera similar en am&os casos# en la gráfica + la temperatura es ma,or que en la gráfica -
?$ ¿3orqu4# a pesar de que la <*;L en el cam&iador de cora(a , tu&os es ma,or que la <*;L en el cam&iador de placas# las pendientes del perfil de enfriamiento +# son menores que las del perfil - La pendiente nos dice que tanto disminu,e la temperatura conforme aumenta el flujo La L;*< es la diferencia de temperaturas más real en los intercam&iadores# nos dice que el ma,or gradiente de temperaturas se da en el primer intercam&iador# en el intercam&iador donde se transfiere más calor es en el de cora(a , tu&os
@$ ¿9u4 flujo de agua de enfriamiento de&e utili(arse para enfriar la corriente de proceso 3ara ello se tra&aja en la disminucin de la temperatura en la corriente de procesos fria# es decir# para enfriar la corriente de procesos se toma la corriente fria que nos permita pasar de 50 AC a 28 AC 8$ ¿Con este resultado se resuel"e el pro&lema planteado
%=perimentalmente o&tu"imos la temperatura e=acta de 28 AC en *B2 a un flujo de '50 L/h III$ Contine la e=perimentacin utili(ando el arreglo 2 , "ierta sus resultados en la siguiente ta&la
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ARREGLO & DATOS EXPERIMENTALES DEL ARREGLO & Cambiador de !"aca C T1 T& t1 t& %C %C %C %C
50 50 50 50 50 50
Cambiador de coraza y tubo D T1' T&' t1' t&' %C %C %C %C
#"u$o (c )L*+,
(- )L*+,
100 100 100 100 100 100
100 150 200 250 '00 '50
I0$ Dncorpore en la gráfica 1 los perfiles de las temperaturas C , < .s f del arreglo 2 ráfica 2
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0$ *ra(ar en una misma gráfica las diferencias de las temperaturas *1B E *2B .s f del arreglo 1 , *1B E *2B .s f del arreglo 2 ráfica '
C.ESTIONARIO NO/ & 1$ ¿%ncuentra alguna diferencia significati"a entre las pendientes de los perfiles de las temperaturas de enfriamiento + , < del cam&iador de cora(a , tu&os %=plique porqu4 Fo ha, diferencia significati"a# las temperaturas de salida tienen la misma tendencia# un comportamiento en paralelo %n am&os casos se trata el intercam&iador es de cora(a , tu&os# , las corrientes a la salida están de &ajo del intercam&iador 2$ ¿%ncuentra alguna diferencia significati"a entre las pendientes de los perfiles de las temperaturas de enfriamiento - , C del cam&iador placas %=plique porqu4 Fo ha, diferencia significati"a tampoco# lam&as graficas tienen el mismo comportamiento# se de&e a que estamos tratando las temperaturas de salida - , < del mismo intercam&iador
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'$ ¿Cuál es la ra(n de que los "alores de las diferencias de temperaturas *1B$ *2B .s f del segundo arreglo construido en la gráfica '# sea negati"o Ga, que tomar en cuenta que en el arreglo uno se trata las corrientes del intercam&iador de placas , en el arreglo dos del intercam&iador de cora(a , tu&os %n el arreglo dos las posiciones de salida son contrarias al arreglo uno# *1 entra por arri&a , da salida a *2 por de&ajo del intercam&iador# en el arreglo uno *1B entra por a&ajo del intercam&iador , *2B sale por arri&a
)$ ¿Cmo afectan los "alores negati"os de las diferencias de temperaturas *1B$ *2B a la corriente de proceso en el cam&iador de cora(a , tu&os del segundo arreglo 6e porduce una menor diferencia de temperaturas que se puede interpretar como que en el segundo intercam&iador se esta calentando la corriente de salida
5$ ¿9u4 caracter7stica es la que distingue a un cam&iador de otro de acuerdo a la gráfica ' La grafica ' en realidad nos da un análisis de las diferencias que se dan en el comportamiento de los arreglos de los intercam&iadores %l cam&iador de placas presenta una tendencia más uniforme que el intercam&iador de cora(a , tu&os
6i se pone primero el intercam&iador que transfiere ma,or 9 se o&tiene una diferencia de temperaturas negati"a
?$ ¿Cmo es la magnitud de esta caracter7stica cuando se compara la del cam&iador de placas contra la del cam&iador de cora(a , tu&os %s positi"a para el intercam&iador de placas , es negati"a para el intercam&iador de cora(a , tu&os %n am&os arreglos aumenta la magnitud de esta diferencia de temperaturas @$ %specifique las "aria&les de diseHo que definen a esta caracter7stica distinti"a al comparar los perfiles de temperatura C , < Las "aria&les de diseHo son el área# 9# L;*< , !< %spec7ficamente el área es la "aria&le in"olucrada 6uponemos que el área de transferencia es ma,or en el intercam&iador de placas que en el intercam&iador de tu&os , cora(a
la <*;L es ma,or en
el caso de tu&os por lo tanto el área + es menor al momento de tener la formula # como el área es menor la transferencia de calor transferido "a ser menor aunque la <*;L sea ma,or
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8$ Considerando las "aria&les de la caracter7stica distinti"a entre los cam&iadores e=plique que contri&ucin tiene el cam&iador de cora(a , tu&os en el arreglo 1 , en el arreglo 2 %n el arreglo uno toda"7a enfr7a la corriente 1 pero ,a no tanto# , en el arreglo dos se calienta la corriente I $ ¿6e necesita e=perimentar por separado los cam&iadores de calor %=plique porqu4 Fo# con los dos arreglos tratados en la practica pudimos anali(ar los intercam&iadores# el análisis por intercam&iadores separados llegar7a a las mismas conclusiones a las que se llegaron con este análisis 10$ Con &ase en el análisis que se ha desarrollado# ¿3odr7a concluir que en cualquier arreglo de cam&iadores de calor serie o paralelo o&tendr7a los mismos resultados %=plique porqu4 %n sentido comn no o&tendr7amos los mismos resultados en serie que en paralelo# para poder compararlos necesitamos tra&ajar con arreglos en paralelo 6e de&e considerar que intercam&iardor# ,a sea de cora(a , tu&os o de placas# de&e ir primero en el arreglo %n el de serie se de&e de poner primero el que se transfiere menor cantidad de calor para tener un mejor enfriamiento de la corriente de procesos 11$ ¿Cuál es el menor flujo de agua de enfriamiento en L h para enfriar de 50 a 28ºC una corriente de proceso de 100 L h utili(ando como medio de enfriamiento agua a temperatura am&iente
%l menor flujo en el arreglo uno será de '50 L/h# en el arreglo dos se requerir7a de más flujo para que llegue a 28 AC ,a que a '50 L/h se tiene una corriente de 28@ AC
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